- Las Placas
Tectónicas - Tectónica de
placas - Mecanismo
del movimiento de las placas - Imágenes de la tectónica de
placas - Los
Cratones, Núcleos de Pangea
Esta imagen fue
desarrollada por la NASA de los Estados Unidos y
es por ello que los nombres se encuentran en inglés.
En el siglo XIX, Antonio Snider-Pellegrini, expuso la
idea de que los continentes alguna vez estuvieron juntos y se
habían estado
separando paulatinamente (Russell, 2000), pero fue el
meteorólogo Alfred Wegener, en 1912, quien propuso esto
como una verdadera hipótesis científica: la "Deriva
Continental", en su publicación "El Origen de los
Continentes y los Océanos".
Entre las evidencias que
proporcionaba se incluían la constatación de que
los límites de
Africa y América
del Sur encajaban de manera casi perfecta, los patrones de
distribución biogeográfica que
relacionaban continentes tan disímiles y lejanos como
Africa, América del Sur y Australia (por ejemplo), y
algunas evidencias geomorfológicas como la presencia de
las mismas formaciones geológicas a ambos lados del
Océano Atlántico, como es el caso de la Cordillera
de los Apalaches y la región de los países
Ecandinavos.
La teoría
de Wegener proponía que hacia finales del
Carbonífero (aprox. 300 m.a.), todos los continentes
actuales formaban parte de un supercontinente, al que
llamó "PANGEA", rodeado por un océano que
cubría el resto de la superficie de la Tierra
(Uyeda, 1980). Debido a que la teoría de Wegener no
supo explicar lo que originaba el movimiento de
los continentes, y a la concepción aceptada de que el
planeta era una masa única e inmóvil, esta
teoría fue fuertemente criticada y no tuvo
aceptación dentro de la comunidad
geológica.
Fig. 5.1 ( Continente único o
Pangea )
Luego de algunas décadas, después de
la segunda guerra
mundial, se realizaron investigaciones
relacionadas con el magnetismo
termorremanente de las rocas y
evidenciaron un cambio en la
orientación magnética de las rocas de una misma
formación. Lo único que podía explicar este
hecho era que, atraida por el polo magnético, la magnetita
presente en las rocas se situaba en dirección Norte durante el proceso de
solidifación.
Una vez fija en esa posición, y a medida que los
continentes se desplazaban la magnetita perdia su
orientación Norte, y si la formación era separada
por un proceso de divergencia, obviamente, según la
trayectoria del desplazamiento de cada capa, la
orientación final presentada por la magnetita en las rocas
sería diferente. Esto sirvió de base
científica para apoyar la hipótesis de que
los continentes se habían desplazado durante la historia del
planeta.
En 1962, H. Hess publicó un artículo
llamado "Historia de las Cuencas Oceánicas" donde
proponía la hipótesis de la expansión del
fondo oceánico; fundado en evidencias
gravimétricas, sismológicas, calorimétricas,
y muchas otras, recopiladas durante años de investigación del fondo oceánico y
tomado de la mano de una hipótesis sugerida por Holmes en
1929, según la cual los continentes eran arrastrados por
corrientes de convección en el manto como "en una cinta
transportadora" (Uyeda, 1980).
Hess sugirió que por las dorsales
mesooceánicas emanaba material desde el manto terrestre
dando lugar a la formación de corteza oceánica
nueva y que la acumulación y salida de ese material (o
magma), empujaba al material adyacente alejándolo de las
dorsales, de manera que el fondo oceánico se
expandía. Otra evidencia que apoyó esta
teoría fue la medición de la edad absoluta de las rocas
del fondo oceánico, las cuales son más antiguas a
medida que se alejan de las dorsales y más recientes
mientras más cerca se encuentran de
éstas.
Al llegar a los límites continentales, la corteza
oceánica sufre un proceso conocido como
"subducción", en el cual se desplaza por debajo de la
corteza continental, simplemente por ser más densa que
ésta última. Actualmente se conoce que la
acumulación de sedimentos en los fondos oceánicos y
el aumento de la densidad,
producto de la
contracción térmica al enfriarse la corteza
(Hamblin, 1995), provocan un aumento del peso de la corteza
en esas zonas, provocando el hundimiento de la corteza y
facilitando el proceso de subducción.
Después de tantas evidencias, ya la
concepción de la corteza como algo rígido
había cambiado en un concepto
más dinámico pero era aún considerada como
una sola capa sólida.
Los estudios geofísicos relacionados con la
producción de epicentros sísmicos
(un epicentro es "el punto de la superficie terrestre situado
directamente encima de un foco sísmico"(Uyeda, 1980))
terminaron con esta visión, al detectarse un patrón
en la distribución de los sitios donde se producían
los sismos,
generalmente a lo largo de lineas o regiones bien
delimitadas.
Al dibujar este patrón de epicentros en un
mapamundi se observan zonas demarcadas que coinciden en su
mayoría, bien sea con las dorsales marinas (las fisuras a
partir de las cuales fluye el magma en los océanos) o con
las grandes fosas oceánicas.
Estos bordes delimitan lo que ahora se han denominano
"Placas Litosféricas", estas placas son los fragmentos que
conforman la Litósfera como un piezas de un rompecabezas,
modificando el concepto de Litósfera desde la
visión de una capa única y sólida en el
concepto aceptado en la actualidad, el cual implica la corteza
terrestre y la parte más superior del manto y que
está fragmentada en grandes pedazos.
Hasta el momento se han detectado 15 placas: la del
Pacífico, la Suramericana, la de Norteamérica, la
Africana, la Australiana, la de Nazca, la de Cocos, la Juan de
Fuca, la Filipina, la Euroasiática, la Antártica, la Arábiga, la
Índica, la del Caribe y la Escocesa.
Ahora bien, para explicar mejor el concepto actual de
Litósfera, debemos empezar por explicar los estratos que
presenta la estructura
vertical del planeta: un Núcleo interno sólido,
compuesto en su mayoría de materiales muy
pesados como Hierro,
Niquel, Cobalto y Titanio; un Núcleo externo
también de Hierro y Niquel principalmente, pero no en
estado sólido; luego, el estrato de mayor profundidad es
el Manto, donde abundan el Hierro y el Magnesio, y se pueden
diferenciar tres capas: el Manto "Inferior" sólido, una
región por encima de este, denominada Astenósfera,
que se encuentra en un estado parcialmente fundido y cuyas
propiedades plásticas permiten la motilidad de la
Litósfera; y el manto superior, una última capa,
sólida, sobre la cual se apoya la corteza
terrestre.
Por otro lado, la corteza terrestre se divide en dos
tipos, según su composición química y su
densidad: la Corteza Oceánica (elementos
ferromagnésicos en su mayoría) y la Corteza
Continental, menos densa y compuesta en su mayor parte de
Sílice. Estas tres capas: la Corteza Oceánica, la
C. Continental y el Manto Superior, conforman lo que llamamos
Litósfera, y es el estrato fragmentado en el que tienen
lugar los movimientos de las placas
litosféricas.
Ahora expliquemos la teoría de le
Tectónica de Placas. Dicha teoría es un modelo que, en
función
del tipo de borde que se forma entre cada placa y la adyacente,
explica el movimiento de las placas litosféricas, la
interacción entre éstas y los
eventos
geológicos que provocan. El sitio donde se dan estos
bordes son denominados Fallas y pueden ser básicamente de
tres tipos, según el tipo de movimiento que tiene lugar en
ellas: Divergente, Convergente o Transformante.
Falla Divergente:
Se presenta a lo largo de una dorsal
mesooceánica, donde una placa se fractura, dando origen a
dos placas nuevas que empiezan a separarse "empujándose" o
alejándose una de la otra; cuando riene lugar dentro de
una placa continental dá lugar a la formación de
nuevos océanos. Un ejemplo de esta falla es la que se
encuentra entre la placa Arábiga y la placa Africana o la
que se observa en la dorsal del Océano
Atlántico.
Falla Convergente:
Se produce cuando se encuentran dos placas que se
aproximan una hacia la otra. Según el tipo de corteza
presente en cada lado de la falla se observan tres tipos de
convergencia: C. Continental-C. Oceánica,
C. Oceánica-C. Oceánica y
C. Continental-C. Continental.
En el primer tipo de convergencia, la corteza
oceánica, por ser más densa que la continental se
hunde por debajo de esta última, proceso conocido como
"subducción", y se funde al llegar a la
Astenósfera. Mientras que en la Corteza Continental se
plegan y levantan sedimentos, antes marinos, junto con parte de
la corteza misma, produciéndose un proceso
orogénico y dando lugar a una cordillera. Esta cordillera
se caracteriza por exhibir una serie de volcanes o "Arco
Volcánico", producto de el flujo de magma desde la corteza
continental subyacente, que con el calor
producido por la fricción, se funde ascendiendo hasta la
superficie. Un ejemplo de esto es la cordillera Andina, levantada
por la convergencia entre la placa de Nazca y la de
Suramérica.
En la convergencia entre dos corteza oceánicas,
una se desliza debajo de la otra y generalmente se produce una
fosa oceánica (igual que en el caso anterior). En esta
caso, la fricción de la subducción también
provoca la aparición de magma, que al ascender hasta la
superficie forma consecutivamente una serie de islas
volcánicas, conocidas como "Arco de Islas". El Arco de
Islas Japonés, es un ejemplo de este proceso.
En el último caso, el choque entre dos corteza
continentales, no ocurre el proceso de subducción. En este
caso, las cortezas continentales se funden y elevan formando una
cordillera montañosa, donde no se presenta el Arco
Volcánico, como sucede en la cordillera de Los
Himalayas.
Falla Transformante:
Estas fallas se producen cuando dos placas se desplazan
una contra la otra en el plano horizontal, bien sea en el mismo
sentido o en contrasentido una de la otra; en palabras de Uyeda
(1980) "se presenta (…) donde el movimiento relativo de las
placas es paralelo al borde". Pueden ser originadas bien por que
en un posible sitio de convergencia la dirección del
movimiento de las placas no sea una hacia la otra, o bien, por el
desplazamiento de una sección de una dorsal, que al
agregar nuevo material desplace en sentido contrario a las
placas. La Falla de San Andrés es un ejemplo de este tipo
de falla.
Al integrar todo esto como un rompecabezas,
podríamos conseguir resumir un modelo e intentar
explicarlo en base a las evidencia encontradas hasta el
presente:
El manto no permite la transmisión de
energía debido a su mayor densidad, por lo que las
corrientes de convección no pueden transmitirse a
través de éste; en cambio si tienen lugar en la
astenósfera induciendo, que junto con el calor, fluya el
material parcialmente fundido que la constituye.
A esto se le suma el efecto de la gravedad sobre el
extremo de las cortezas oceánicas, que por efecto de su
gran peso tienden a contribuir con el proceso de
subducción.
Por otra parte, producto también de procesos
termodinámicos, se encuentra el magma, muy caliente,
ascendiendo a través de la corteza y es liberado por zona
de mayor "fragilidad", las dorsales, proceso que comenzará
un evento de expansión del fondo oceánico o un
proceso de fracturación y divergencia en una masa
continental.
Mecanismo del movimiento de las placas
En su teoría de la deriva continental, Wegener
invocaba como origen de las fuerzas que desplazan los
continentes, principalmente aquellas que se derivan de la
rotación de la Tierra y
mareas, aunque también llegó a mencionar las
corrientes de convección térmica en el interior del
manto. El movimiento de los continentes se concebía
entonces como el de bloques de material rígido ligero,
flotando sobre un sustrato viscoso más denso.
En la tectónica de placas, como ya se ha
mencionado, los continentes forman parte de las placas
litosféricas, cuyo espesor es de unos 100 km y que forman
realmente las unidades dinámicas.
Los diversos sistemas de
fuerzas que se han propuesto para explicar el desplazamiento de
las placas se pueden reducir a cuatro. Los dos primeros
están formados por fuerzas que actúan en los
márgenes y en ellas puede actuar el efecto de la gravedad.
Las placas o bien son empujadas desde los centros de
extensión o dorsales por la acción
de cuña del nuevo material que surge del manto, o
arrastradas desde las zonas de subducción por el peso de
la capa buzante que ha adquirido una mayor densidad que la del
medio que la rodea.
Los otros dos se derivan de la existencia de corrientes
de convección térmica, bien en todo el manto o
sólo en su parte superior. En el primero de estos
mecanismos, las corrientes de convección del manto
arrastran la placa litosférica por medio de un
acoplamiento viscoso en su superficie interna. Como mostró
McKenzie, una forma modificada de este mecanismo, propuesto por
Orowan y Elsasser, en 1967, y después por Oxburg y
Turcotte, incorpora la placa litosférica a la corriente
misma de convección de material caliente y viscoso del
manto superior.
La placa litosférica rígida actúa
como una guía de esfuerzos que transmite el movimiento de
la convección térmica.
En sentido contrario a estas fuerzas se encuentran las
que deben ser superadas para producir el movimiento. Entre ellas
están las que se oponen a la penetración de la capa
buzante en el manto, sobre todo cuando ésta llega a su
profundidad máxima y las que actúan en el frente de
subducción, por la resistencia de la
placa oceánica a doblarse hacia abajo y sobre la parte
continental empujándola hacia atrás.
El arrastre viscoso entre la litosfera y el manto puede
también considerarse como una resistencia cuando el
movimiento de la litosfera es más rápido que el del
material de la astenosfera. Actualmente se piensa que el
mecanismo predominante del movimiento de las placas es el
resultante de corrientes de convección térmica en
el material del manto, que también pueden incluir en parte
a la litosfera ( Fig. 6.1 ).
Las fuerzas gravitacionales derivadas de las
diferencias de densidad forman también parte de este
mecanismo. La capa buzante de las zonas de subducción
introduce material frío, que determina la forma de
la
célula convectiva y al aumentar su densidad, al pasar
su material a tener una densidad mayor que la del manto,
añade un componente gravitacional en el arrastre de la
placa. Los dos mecanismos del movimiento de la placa puede
aparecer, o bien por arrastre viscoso del movimiento del manto o
por ser ella misma parte del movimiento convectivo.
Según M. H. Bott, el segundo es el más
probable y el efecto más importante es el de las fuerzas
aplicadas a los extremos de las placas, tanto en las zonas de
extensión como en las de subducción. En estos
últimos, la fuerza
vertical de arrastre de la capa se traduce en fuerzas de arrastre
horizontal de toda la placa hacia el frente de
subducción.
Otra posibilidad es la existencia de dos sistemas no
acoplados de corrientes, uno en el manto superior y otro en el
interior. Una mejor aproximación de la situación
real exige modelos
más complicados de convección en los que deben
considerarse formas asimétricas, viscosidades variables y
distribución de fuentes de
calor en el manto.
Un problema muy importante y todavía no del todo
resuelto es el del mecanismo por el cual se inicia la fractura de
la litosfera continental. Generalmente, se admite que las zonas
actuales de rift, como las del África oriental,
representan el comienzo de una de estas fracturas. Estas estructuras
están formadas hoy por un abombamiento de la corteza,
formación de grabens y abundante volcanismo. Al mismo
tiempo se da
un adelgazamiento de la litosfera con la ascensión hacia
la superficie del material parcialmente fundido de la
astenosfera.
Estos mecanismos son necesarios para iniciar la
fracturación y separación de dos continentes, y
deben ir acompañados de fuertes fuerzas tensionales. Los
primeros pasos de este proceso pueden ser una intensa actividad
de puntos calientes, con aportación de material fundido
desde el manto inferior y progresivo debilitamiento de la
litosfera.
En esta región se daría una
acumulación de esfuerzos tensionales en la corteza
rígida que resultaría en fallas normales y la
inyección de magma desde abajo. Poco a poco se iría
formando un margen de extensión con la formación de
un nuevo océano intermedio.
IMÁGENES DE LA TECTONICA DE
PLACAS
Fig. 1.1 ( Topografía de la Tierra debajo de los
océanos )
Fig. 1.2 ( Teoría de Alfred
Wegener )
Fig. 1.3 ( Fondos oceánicos
)
Fig. 3.1.1 ( Valle de Rift )
Fig. 2.3 ( Puntos calientes de la Tierra
)
Fig. 3.1.2 ( Distribución de las
zonas sísmicas )
Fig. 4.1 ( Distribución de
volcanes )
Fig. 3.3.1 ( Esquema de una falla de
desgarre )
Los Cratones, Núcleos De Pangea
EN LOS CONTINENTES, en especial en Eurasia y
América, destacan los cinturones montañosos de
miles de kilómetros de longitud, con decenas y cientos de
kilómetros a lo ancho. Son notables por las grandes
alturas que alcanzan, más de 7 km en el Asia Central y
más de 5 km en una gran extensión de los Andes.
Como regla, son estructuras alineadas. Delimitan con amplias
superficies de un relieve muy
distinto: planicies costeras, superficies de lomeríos,
altiplanos: son los territorios que constituyen la mayor parte de
los continentes, las regiones cratónicas, donde se
presentan incluso montañas pero de altitudes que no
superan los 3 000 m de altura sobre el nivel del mar (msnm) y con
longitudes de incluso 1 000 km.
Varios científicos, entre ellos J. B. Murphy y R.
D. Nance han concluido recientemente que cada pocos cientos de
millones de años, los continentes se han unido en una gran
masa de tierra que llaman supercontinente. Este ciclo
habría empezado hace unos 1 000 m.a. cuando los
continentes se separaban; la desmembración total se
produjo tal vez hace 820 m.a.; 650 m.a. antes, los océanos
interiores se cerraron y los continentes se unieron en uno. El
supercontinente se crea a lo largo de unos 500 m.a. De acuerdo
con los autores mencionados este fenómeno global se
produce en la secuencia siguiente:
1. Fractura del supercontinente durante 40 m.a.
2. Separación y dispersión máxima
de bloques continentales en 160 m.a.
3. La reunificación tiene lugar después de
otros 160 m.a.
4. El supercontinente perdura 80 m.a.
5. Vuelve el proceso de fractura durante otros 40
m.a.
La ruptura del último supercontinente se produjo
entre 575 y 550 m.a. atrás. En apariencia, los ciclos del
pasado ocurrieron hace aproximadamente 2 600 a 2 100, 1 600 y 1
000 m.a.
John Brimhall considera cinco eras tectónicas o
de evolución de la Tierra: Arcaico temprano (3
800-3 000 m.a.), Arcaico tardío (3 000-2 500 ma.),
Proterozoico temprano (2 500-1 700 ma.), Proterozoico medio y
tardío (1 700-200 m.a.) y Fanerozoico (los últimos
700 m.a.).
Desde hace 1 700 m.a. los continentes deben haber estado
unidos. La tierra firme se disponía esencialmente en el
hemisferio norte, de lo que resultaba una gran superficie ocupada
por el Océano Pacífico. Los continentes no
permanecieron estáticos.
Los cratones son las porciones más antiguas de
los continentes, fragmentos de Pangea. Los constituyen rocas de
edades de más de 1 400 m.a. Sin embargo, en un periodo tan
prolongado, el relieve ha sufrido transformaciones sustanciales y
las rocas antiguas han sido cubiertas en gran parte por otras
más jóvenes
El relieve original ha sido afectado por invasiones
marinas (transgresiones) lentas, de millones de años,
durante las cuales se depositan sedimentos que dan origen a capas
de roca de incluso 4-6 km de espesor. Asimismo, se han producido
retrocesos del océano (regresiones) respecto a la tierra
firme, también de duración prolongada.
Figura 14. Estructura de un
cratón
En los continentes reconocemos, además de los
sistemas montañosos y los rift las regiones de rocas
antiguas (>1 400 m.a.) cerca de la superficie; aflorando en
ésta —son los escudos— y cubiertas a
profundidad de kilómetros por rocas más
jóvenes que se denominan plataformas. En conjunto
constituyen un cratón (Figura 14). En sí, todos los
continentes, con excepción de sus regiones
montañosas son grandes cratones: Norteamérica,
Sudamérica, Europa central y
norte de Asia, sudeste de Asia, Africa, Australia y la Antártida.
Los escudos son de
dimensiones menores, con excepción del canadiense que
ocupa un vasto territorio de Norteamérica e incluso
Groenlandia de acuerdo con varios autores. El resto de los
escudos aparecen en un mapamundi a manera de manchones, con
superficies de decenas y centenas de miles de kilómetros
cuadrados: uno en Norteamérica, tres en Sudamérica,
dos en Europa, uno en Siberia, cinco principales en Africa, tres
en Australia (Figura 15).
Figura 15. Estructuras principales del relieve
terrestre: 1) sistemas montañosos jóvenes; 2)
sistemas montañosos antiguos. Cratones: 3) plataformas, 4)
escudos; 5) margen continental submarina; 6) sistemas
montañosos submarinos; 7) dorsales; 8) planicies abisales;
9) rift en los continentes; 10) trincheras. Los números en
el mapa se refieren a las trincheras de la Lista No. 1 del
siguiente capitulo VI: El piso océanico.
La mayor parte de los continentes son plataformas y a
éstas corresponden en general las tierras más
bajas, sobre todo cuando los estratos sedimentarios descansan
sobre rocas más jóvenes que las de los escudos; de
edades dominantes de 200-600 m.a. Forman una extensa planicie a
menos de 200 msnm, como en la península de Yucatán
y en la plataforma occidental de Siberia.
Es común que los escudos correspondan a porciones
elevadas de los continentes. Dos ejemplos son el macizo
(así se denomina a los escudos de pequeñas
dimensiones) de Ahaggar en la porción
central-septentrional de Africa y el de Guyana en
Sudamérica. Ambos alcanzan una altitud aproximada de 3 000
msnm.
Los cratones se extienden incluso al territorio
oceánico; precisamente, la plataforma continental es la
porción submarina de aquéllos, excepto en algunas
márgenes continentales de fuerte actividad
tectónica.
La superficie de los cratones se transforma, de las
tierras llanas de las costas a lomeríos, planicies
elevadas a 1 000, 2 000 y más metros. Cuando el agua de
escurrimiento corta los altiplanos, formando cañones
profundos de cientos de metros, surgen montañas de laderas
empinadas, bordeadas por los ríos.
El clima influye
también en el paisaje de las regiones cratónicas.
Casquetes de hielo cubren en forma permanente a Groenlandia y la
Antártida. Temporalmente se extiende un manto de nieve en
la mayor parte de Eurasia y Norteamérica. Grandes
desiertos se presentan en Asia, Norteamérica, Africa y
Australia y contrastan con los trópicos húmedos de
los países cercanos al ecuador.
La estabilidad de las regiones cratónicas, por su
sismicidad y volcanismo débiles, en comparación con
los sistemas montañosos, ha sido cuestionada por el
geógrafo francés J. Tricart quien considera la
posibilidad de actividad en el cratón sudamericano por
movimientos verticales. En Siberia se han determinado velocidades
de hasta 10-15 mm/año para levantamientos y hundimientos.
Ejemplos como estos hay muchos más.
El estudio de los cratones incluye las rocas que los
constituyen (tipo, edad, disposición en sentido vertical,
etc.), su relieve y otros factores. Esto tiene algo más
que un puro interés
científico, ya que se presentan ricos yacimientos minerales, como
el
petróleo en las plataformas y los diamantes en los
cratones antiguos.
Alcoser Serrano Paco
Mayo – 2005
Guayaquil – Ecuador
Escuela Superior Politécnica del Litoral
(ESPOL)
Ingeniería Civil
Geotecnia Básica